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具有运动强度同步检测的动态心电系统设计与实现

作　者: 宾亚新
导　师: 何继善; 蒋奇云
学　校: 中南大学
专　业: 生物医学工程
关键词: ARM 动态心电图 三轴加速度传感器 运动强度
分类号: R318.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


运动强度对人体的许多生理状态有着很大的影响。高强度的运动可诱发某些疾病发作。冠心病患者会因为运动强度过大而产生心肌供血不足导致心脏机能异常并反映在心电图上。在便携式动态心电图仪器中嵌入加速度传感器,有效方便地测量人体实时运动强度,结合动态心电,使医护工作者获得更加全面的数据来分析使用者的心脏机能。对于冠心病早期筛查或是运动医学研究具有一定的意义。本文研制了一种可同步检测人体实时运动强度的便携式动态心电仪。系统以意法半导体的STM32F103VET6的微处理器作为核心,设计有心电检测调理电路检测动态心电信号,同时采用三轴加速度传感器采集人体腰部运动加速度。运用微控制器实时采集、处理并存储各路信号,可提供实时波形显示和数据查询。本文的主要工作是围绕用于动态心电检测和人体运动强度检测系统的硬件和软件设计而展开。文章详细介绍了动态心电和人体运动强度检测的相关理论基础,然后论述了硬件和软件的设计和实现。最后通过样机试验,对仪器的有效性进行了验证,表明该方案合理可行,设计可靠。结果表明：利用该方案研制的基于ARM的便携式动态心电图仪不仅可以快速检测心电图,而且能够同步检测人体实时运动强度,检测有效可靠。仪器体积小、功耗低、操作简单,易于普及,适合个人随身使用,对于科学运动以及对全面分析心脏机能有一定的参考价值。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 研究的背景及意义  9-10
  1.2 目前的研究发展现状  10-12
  1.3 研究内容和论文结构  12-14
第二章 检测原理和基础  14-25
  2.1 心脏电生理基础  14-19
    2.1.1 心脏传导系统  14-15
    2.1.2 心电信号的频谱特征和检测方法  15-17
    2.1.3 常用心电观测系统  17-18
    2.1.4 冠心病的心电图特征  18-19
  2.2 运动强度检测原理  19-23
    2.2.1 运动强度,运动能耗与加速度的关系  19
    2.2.2 对运动强度检测的研究  19-20
    2.2.3 加速度的采集  20-21
    2.2.4 腰部加速度特征  21-22
    2.2.5 运动强度检测算法  22-23
  2.3 设计要求以及研究任务  23-24
  2.8 本章小结  24-25
第三章 硬件设计与制作  25-50
  3.1 系统组成结构  25
  3.2 电源  25-29
    3.2.1 电源设计要求  25-26
    3.2.2 聚合物锂电池  26-27
    3.2.3 充电控制  27
    3.2.4 稳压模块以及负电源  27-29
  3.3 模拟电路部分  29-38
    3.3.1 导联电极和输入保护  29
    3.3.2 心电信号调理  29-36
    3.3.3 加速度测量  36-38
  3.4 数字电路部分  38-48
    3.4.1 微处理器以及驱动时钟  38-42
    3.4.2 A/D转换  42-43
    3.4.3 存储模块TF卡  43-44
    3.4.4 USB接口  44-45
    3.4.5 液晶显示及控制  45-46
    3.4.6 触摸屏  46-48
  3.5 PCB设计与整机工艺设计  48-49
  3.6 本章小结  49-50
第四章 软件设计与调试  50-64
  4.1 开发环境  50-51
  4.2 软件总体架构和初始化  51-56
    4.2.1 系统复位和时钟设置  52-53
    4.2.2 设备设置  53-54
    4.2.3 人机交互设计  54-56
  4.3 A/D采样控制以及DMA传送  56-57
  4.4 功能模块设计  57-60
    4.4.1 电极脱落判断  57-58
    4.4.2 基线自动调节  58-59
    4.4.3 心率计算  59
    4.4.4 运动强度计算  59-60
  4.5 实时时钟与UNIX时间戳  60-61
  4.6 TF卡和FATFS文件系统  61-62
  4.7 USB通讯接口  62-63
  4.8 本章小结  63-64
第五章 系统调试与测试  64-68
  5.1 硬件和软件调试  64-65
  5.2 测试  65-67
  5.3 本章小结  67-68
第六章 总结与展望  68-70
  6.1 总结  68
  6.2 展望  68-70
参考文献  70-74
致谢  74-75
攻读学位期间主要的研究成果  75

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中图分类: > 医药、卫生 > 基础医学 > 医用一般科学 > 生物医学工程 > 仪器、设备
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